K340 الفولاذ: نظرة عامة على الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ K340، المعروف أيضًا باسم فولاذ بوهلر للأدوات، هو فولاذ أدوات عالي الأداء يُصنف بشكل أساسي كفولاذ سبيكة عالي الكربون. تم تصميمه لتطبيقات تتطلب مقاومة استثنائية للتآكل والمتانة. العناصر الأساسية في سبيكة K340 تشمل الكروم والموليبدينوم والفاناديوم، والتي تعزز بشكل كبير صلابته ومقاومته للتآكل والخصائص الميكانيكية الشاملة.

نظرة شاملة

يتميز فولاذ K340 بمحتواه العالي من الكربون، الذي يتراوح عادة بين 0.9% إلى 1.1%، إلى جانب مزيج متوازن من الكروم (4.0% إلى 5.0%) والموليبدينوم (1.0% إلى 1.5%) والفاناديوم (0.5% إلى 1.0%). تساهم هذه العناصر في قدرة الفولاذ على الحفاظ على صلابته عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا لأدوات القطع عالية السرعة والقوالب.

تشمل الخصائص البارزة لفولاذ K340:

• صلابة عالية: يمكن أن تتجاوز مستويات الصلابة 60 HRC بعد المعالجة الحرارية المناسبة.
• مقاومة ممتازة للتآكل: توفر العناصر السبائكية مقاومة متفوقة للاحتكاك والتآكل، مما يجعلها مثالية لتطبيقات الأدوات.
• متانة جيدة: على الرغم من صلابته، فإن K340 يحتفظ بمستوى من المتانة التي تسمح له بتحمل الصدمات دون أن ينكسر.

المزايا:
- مقاومة استثنائية للتآكل تجعلها مناسبة للأدوات عالية الأداء.
- الحفاظ على صلابة عالية عند درجات الحرارة المرتفعة يسمح بزيادة عمر الأداة.
- تطبيقات متعددة في مختلف الصناعات، بما في ذلك السيارات والطيران.

القيود:
- معرضة للهبوط إذا لم تعالج حراريًا بشكل صحيح.
- تتطلب تصنيعًا دقيقًا نظرًا لصلابتها.
- تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ منخفض السبيكة.

يمتلك فولاذ K340 مكانة مهمة في سوق فولاذ الأدوات، وغالبًا ما يتم اختياره لتطبيقات حيث الأداء والدوام مهمان. تكمن أهميته التاريخية في تطويره لأدوات القطع عالية الأداء، التي تطورت جنبًا إلى جنب مع التقدم في تكنولوجيا التصنيع.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	T42040	الولايات المتحدة الأمريكية	الأقرب إلى K340
AISI/SAE	AISI D2	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات بسيطة في التركيب؛ D2 لديها متانة أقل
ASTM	A681	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لفولاذ الأدوات
EN	1.2379	أوروبا	معادل بخصائص مشابهة
JIS	SKD11	اليابان	أداء مشابه ولكن يختلف في المتانة

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين K340 ونظائره، مثل AISI D2 وJIS SKD11، على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة. على سبيل المثال، بينما توفر D2 مقاومة جيدة للتآكل، فإن متانة K340 الأعلى قد تكون مفضلة في التطبيقات المعرّضة للتحميل الصدمي.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نسبة النطاق (%)
C (الكربون)	0.9 - 1.1
Cr (الكروم)	4.0 - 5.0
Mo (الموليبدينوم)	1.0 - 1.5
V (الفاناديوم)	0.5 - 1.0
Mn (المنغنيز)	0.2 - 0.5
Si (السيليكون)	0.2 - 0.5
P (الفوسفور)	≤ 0.03
S (الكبريت)	≤ 0.03

الدور الرئيسي للعناصر الأساسية في سبيكة فولاذ K340 تشمل:
- الكروم: يعزز القابلية للتصلب ومقاومة التآكل.
- الموليبدينوم: يحسن المتانة وقوة الحرارة العالية.
- الفاناديوم: يزيد من مقاومة التآكل وينقي بنية الحبوب، مما يساهم في المتانة العامة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة الحرارة للاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مُبرد ومُعالج حرارياً	درجة حرارة الغرفة	1800 - 2200 ميغاباسكال	261 - 319 كيلوباسكال	ASTM E8
قوة العائد (0.2% إزاحة)	مُبرد ومُعالج حرارياً	درجة حرارة الغرفة	1500 - 1900 ميغاباسكال	217 - 276 كيلوباسكال	ASTM E8
التمدد	مُبرد ومُعالج حرارياً	درجة حرارة الغرفة	5 - 10%	5 - 10%	ASTM E8
الصلابة (HRC)	مُبرد ومُعالج حرارياً	درجة حرارة الغرفة	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة (تشاربي)	مُبرد ومُعالج حرارياً	-20 °م	20 - 30 جول	14.8 - 22.1 قدم-رطل	ASTM E23

يجعل الجمع بين هذه الخصائص الميكانيكية فولاذ K340 مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتضمن تحميل ميكانيكي عالٍ ومتطلبات السلامة الهيكلية، مثل أدوات القطع والقوالب.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1450 °م	2600 - 2642 °ف
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	25 واط/م·ك	14.5 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/(ساعة·قدم²·°ف)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	460 جول/كغ·ك	0.11 وحدة حرارية بريطانية/رطل·°ف
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0006 أوم·م	0.0004 أوم·بوصة

تشمل الأهمية العملية لخصائص K340 الفيزيائية:
- الكثافة: تؤثر على الوزن والتوازن للأدوات المصنوعة من K340، وهو أمر حاسم للتطبيقات الدقيقة.
- الموصلية الحرارية: مهمة لتبديد الحرارة في تطبيقات القطع عالية السرعة، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة.
- نقطة الانصهار: تشير إلى قدرة الفولاذ على تحمل درجات الحرارة العالية دون فقدان التكامل الهيكلي.

مقاومة التآكل

عامل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م)	تقييم المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-10	20-60	عادل	خطر تآكل ثقوب
حمض الكبريتيك	10-30	25-50	ضعيف	غير موصى به
هيدروكسيد الصوديوم	5-20	20-60	جيد	مقاومة متوسطة

يظهر فولاذ K340 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في البيئات التي تحتوي على كلوريدات ومحلولات قلوية. ومع ذلك، فإنه عرضة لتآكل الثقوب في البيئات الغنية بالكلوريد ويجب تجنبه في الظروف الحمضية. مقارنة بفولاذ الأدوات الأخرى مثل D2 وSKD11، يقدم K340 متانة أفضل ولكنه قد لا يؤتي ثمارًا جيدة في البيئات التآكلية، مما يتطلب طلاءات واقية أو معالجات سطحية في تطبيقات معينة.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	500	932	مناسب للاستخدام المطول
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	600	1112	تعرض قصير فقط
درجة حرارة التقشير	700	1292	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة الحرارة
اعتبارات قوة الزحف	400	752	يبدأ بالتحلل عند هذه الدرجة الحرارة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ K340 بصلابته وقوته، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتضمن تحميل حراري عالي. ومع ذلك، يمكن أن تصبح الأكسدة مصدر قلق، خاصة عند درجات حرارة تتجاوز 600 °م (1112 °ف). يمكن أن تخفف المعالجة الحرارية الصحيحة وطلاءات السطح من هذه القضايا.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
TIG	ER80S-D2	أرجون	التسخين المسبق موصى به
MIG	ER70S-6	أرجون/ثاني أكسيد الكربون	تنبيه المعالجة الحرارية بعد اللحام
عصا	E7018	-	يتطلب التسخين المسبق

يمكن لحام فولاذ K340، ولكن يجب أخذ الحذر لتجنب التشققات. يُنصح بالتسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام لتخفيف الضغوط وتحسين المتانة. تشمل العيوب الشائعة المسامية والتشقق إذا لم يتم إدارتها بشكل صحيح.

قابلية التشغيل الآلي

معلمة التشغيل الآلي	فولاذ K340	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	50	100	K340 أكثر تحديًا في التشغيل
سرعة القطع النموذجية	20 م/دقيقة	40 م/دقيقة	استخدم أدوات كاربيد للحصول على أفضل النتائج

تقدم صلابة فولاذ K340 تحديات في التشغيل، مما يتطلب أدوات متخصصة وسرعات قطع أبطأ. تشمل الظروف المثلى استخدام أدوات كاربيد وتبريد مناسب لإدارة الحرارة.

قابلية التشكيل

فولاذ K340 ليس مناسبًا بشكل خاص لعمليات التشكيل الشامل بسبب صلابته العالية. يمكن أن يؤدي التشكيل البارد إلى التشققات، بينما يكون التشكيل الساخن أكثر قابلية، لكنه يتطلب مراقبة دقيقة لدرجات الحرارة لتجنب فقدان الصلابة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجات الحرارة (°م/°ف)	الوقت النموذجي للتشريب	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التلدين	800 - 850 / 1472 - 1562	1 - 2 ساعة	هواء	تقليل الصلابة، تحسين قابلية التشغيل
التبريد	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 دقيقة	زيت	زيادة الصلابة
التخمير	500 - 600 / 932 - 1112	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين المتانة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على بنية K340 وخصائصه. يزيد التبريد من الصلابة، بينما يوازن التخمير بين الصلابة والمتانة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المطالب بها.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
السيارات	أدوات القطع	صلابة عالية، مقاومة للتآكل	عمر طويل للأداة
الطيران	قوالب للأجزاء المركبة	متانة، استقرار حراري	متطلبات عالية الأداء
التصنيع	قوالب للتقطيع	مقاومة للتآكل، قوة	الدوام تحت الضغط

تشمل التطبيقات الأخرى:
- أدوات تشغيل دقيقة
- قوالب حقن
- شفرات قص

يتم اختيار فولاذ K340 لهذه التطبيقات بسبب مقاومته الاستثنائية للتآكل وقدرته على الحفاظ على الأداء في ظروف الضغط العالي.

الاعتبارات المهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ K340	AISI D2	SKD11	ملاحظة مختصرة عن الإيجابيات/السلبيات أو التبادل
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	مقاومة جيدة للتآكل	متانة متوسطة	K340 يقدم متانة متفوقة
الجوانب الرئيسية للمقاومة للتآكل	مقاومة متوسطة	ضعيفة في البيئات الحمضية	عادلة في الكلوريدات	K340 أفضل في الظروف الصعبة
قابلية اللحام	متوسطة	ضعيفة	متوسطة	K340 يتطلب معالجة دقيقة
قابلية التشغيل الآلي	تحدي	سهل	متوسط	K340 يحتاج إلى أدوات متخصصة
قابلية التشكيل	محدودة	جيدة	متوسطة	K340 ليس مثاليًا للتشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	أعلى	متوسطة	أدنى	التكلفة تعكس فوائد الأداء
التوفر النموذجي	متوسط	مرتفع	مرتفع	K340 قد تكون أقل توفرًا

عند اختيار فولاذ K340، تشمل الاعتبارات جدواه الاقتصادية، توافره، ومتطلبات التطبيق المحددة. على الرغم من أنه قد يكون أكثر تكلفة من البدائل، غالبًا ما يبرر أداؤه في التطبيقات المطالب بها الاستثمار. بالإضافة إلى ذلك، فإن خصائص K340 المغناطيسية ضئيلة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها التداخلات المغناطيسية مصدر قلق.

في الختام، يُعتبر فولاذ K340 فولاذ أدوات متعدد الاستخدامات وعالي الأداء يتفوق في التطبيقات التي تتطلب المتانة ومقاومة التآكل. تجعل خصائصه الفريدة ومعايير الاختيار الدقيقة منه خيارًا قيمًا للمهندسين والمصنعين في مختلف الصناعات.